陳希球

(長江工程職業(yè)技術學院,武漢 430212)

汽車行駛記錄儀(又稱汽車黑匣子)是一種使用在汽車上的數(shù)字式電子記錄裝置。這種裝置能對車輛的行駛速度、時間、里程以及有關車輛行駛的其他狀態(tài)信息進行記錄存儲,并可通過接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出。汽車行駛記錄儀的使用,對抑制疲勞駕駛、車輛超速等交通違章、約束駕駛人員的不良駕駛行為、保障車輛行駛安全以及道路交通事故的分析鑒定具有重要的作用。本文根據(jù)汽車行駛記錄儀國家標準GB/T 19056-2003,開發(fā)設計了一種功能強大、性能穩(wěn)定、體積小巧且適合安裝的多功能汽車行駛記錄儀,采用的是三星公司的32位嵌入式ARM處理器S3C2440和Linux操作系統(tǒng),主要闡述了汽車行駛記錄儀的硬件架構和軟件系統(tǒng)設計。

1 基本功能

根據(jù)國家頒布的汽車行駛記錄儀的標準(GB/T 19056-2003),本系統(tǒng)主要具備以下功能:

自檢功能:記錄儀在通電開始工作時,應首先進行自檢,自檢正常后應以綠閃信號及顯示屏顯示方式指示工作正常,如有故障則應以紅閃信號及顯示屏顯示方式指示故障信息。

數(shù)據(jù)采集、記錄和存儲功能:能夠?qū)崟r時間、日期、駕駛時間、車輛行駛速度、行駛里程等數(shù)據(jù)進行測量、記錄和存儲,并保證存儲的數(shù)據(jù)在較長時間內(nèi)不丟失。需要被采集的輸入信號包括三類:模擬信號輸入、數(shù)字信號輸入以及開關量信號輸入。

數(shù)據(jù)處理功能:能夠按照具體要求,對所采集到的數(shù)據(jù)實時進行處理,并在必要的情況下采取相應的措施對車輛進行管理。

駕駛員身份記錄功能:可以實現(xiàn)駕駛人員身份記錄功能,同時可以記錄駕駛員代碼和公安交通管理部門核發(fā)的機動車駕駛證證號。

數(shù)據(jù)顯示功能:顯示面板能準確顯示各類信息,包括駕駛員代碼、實時時間、實時日期、實時車速以及各類報警提示等。

操作功能:具備按鍵操作功能,應用于數(shù)據(jù)打印輸出以及數(shù)據(jù)的上傳和下載以及車輛特征系數(shù)的設定等操作。

數(shù)據(jù)打印輸出功能:能夠通過針式微型打印機打印出車輛信息、駕駛員信息、疲勞駕駛及超速駕駛時段等信息。

數(shù)據(jù)通信功能:能夠通過多種方式(包括RS232串行接口、USB接口以及I2C總線接口)與外部環(huán)境進行通信,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。

掉電保護功能:數(shù)據(jù)對記錄儀至關重要,如果由于某些意外情況導致記錄儀掉電,系統(tǒng)應能及時檢測,并做好當前數(shù)據(jù)的保存工作。

數(shù)據(jù)分析軟件系統(tǒng):對記錄儀系統(tǒng)參數(shù)進行設置與管理,包括用戶權限的管理、駕駛員信息的管理、汽車信息的管理以及車輛特征系數(shù)的設定等,并能通過RS232串行接口進行數(shù)據(jù)傳輸或USB接口讀寫磁盤數(shù)據(jù),即完成數(shù)據(jù)上載(從記錄儀傳輸?shù)絇C機)與數(shù)據(jù)下傳(從PC機傳輸?shù)接涗泝x)。

2 系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)由主機和上位機管理分析軟件兩部份組成。其中主機部分包括:信號輸入、數(shù)據(jù)保存和處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信、復位電路和掉電保護電路等。系統(tǒng)以一個32位的RISC微處理器為核心,對外部模擬輸入、數(shù)字輸入以及開關量輸入三種信號分別進行采集。需要保存的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后存儲于內(nèi)部大容量存儲器中,實時數(shù)據(jù)(如實時車速、實時時間)及報警信號等可通過顯示面板輸出顯示,系統(tǒng)總體方案如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體方案

復位電路不僅能夠復位系統(tǒng),同時還借用專用微處理器電源監(jiān)控芯片來提高系統(tǒng)的可靠性,從而保證RISC微處理器對電源、時鐘源等諸多方面提出的較高要求。時鐘電路提供實時時鐘,當發(fā)生超速、疲勞駕駛等情況時,處理器從實時時鐘電路讀取實時時間進行處理和保存,以供日后打印輸出。掉電保護電路為實時數(shù)據(jù)的保存提供了一種安全機制。當系統(tǒng)供電電壓低于某個特定值時,掉電保護電路認為掉電發(fā)生,于是觸發(fā)相應地中斷。在中斷處理程序中,處理器將對當前尚未保存的實時數(shù)據(jù)分別處理和存儲,從而避免數(shù)據(jù)的丟失。

系統(tǒng)具備USB接口,當插入USB磁盤時,可利用主控USB功能,將存儲器中的數(shù)據(jù)導入磁盤中。上位機軟件可利用此USB磁盤采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析和車輛、人員管理。系統(tǒng)提供的CANBUS接口可以方便記錄儀與車內(nèi)其他帶有CANBUS接口的儀表進行通信,這是系統(tǒng)的擴展功能。

上位機管理分析軟件是提供給車輛管理中心人員使用,一方面它可以采集管理中心屬下的所有車輛信息和駕駛員信息,進行統(tǒng)一編號和管理;另一方面它可以采集車輛行駛的實時數(shù)據(jù),掌握駕駛員的駕駛情況。此外它還可對發(fā)生事故的車輛進行事故分析鑒定,為交通部門和執(zhí)法部門提供相應的交通事故鑒定報告。

經(jīng)過合理規(guī)劃和多次比較,系統(tǒng)最終采用的設計方案如下:

(1)處理器:三星32位RISC處理器 S3C2440。(2)存儲器:NandFlash存儲器K9F1208U0A 64M字節(jié);2片SDRAM 存儲器4Banks×4Mbits×16bit的K4S561632C;鐵電FM24C256存儲器。(3)信號采集:模擬信號的采集利用S3C2440內(nèi)置的A/D轉換器進行采集;數(shù)字信號的采集利用S3C2440內(nèi)部定時器的捕捉功能進行采集;開關量輸入信號采集采用MC33993開關量檢測芯片進行采集。(4)數(shù)據(jù)顯示:MSC-G12864,LCD液晶顯示器,128x64點陣。(5)外擴實時時鐘:PCF8563。(6)USB主控器:CYPRESS公司的USB Host/Slave SL811HS芯片。(7)駕駛員身份識別:直接通過按鍵,輸入駕駛員的信息資料來確認身份。(8)上位機軟件與主機模塊通信:RS232串口通信。(9)微型打印機:M192G,控制板為NGL-SP190A4。

3 系統(tǒng)軟件程序設計

汽車黑匣子作為一個記錄汽車運行狀態(tài)的儀器,在無人控制的環(huán)境下,需要隨汽車開始運行而自動運行。運行方式為:在系統(tǒng)上電后開始運行系統(tǒng)引導程序Bootloader,通過Bootloader調(diào)用嵌入式Linux內(nèi)核,在操作系統(tǒng)運行后,操作系統(tǒng)自動啟動本系統(tǒng)的主程序。系統(tǒng)軟件采用中斷服務程序配合CPU集中控制的結構。主控程序負責系統(tǒng)初始化、操縱每個模塊的硬件設備并與之交互數(shù)據(jù);而各個模塊用中斷的方式向主控程序發(fā)出請求,要求主控程序完成相應的操作。

在本系統(tǒng)中,Flash在剛開始時只存儲了Bootloader,還沒有存儲Linux內(nèi)核。Bootloader在系統(tǒng)加電完成初始化工作后,要初始化一條連接主機和目標機的串口通道,提供串口下載功能。內(nèi)核啟動模式允許嵌入式系統(tǒng)加電啟動后加載Linux內(nèi)核,將系統(tǒng)交由Linux操作系統(tǒng)管理。當系統(tǒng)通過自舉模式將Linux內(nèi)核和文件系統(tǒng)固化在Flash后,就可進入內(nèi)核啟動模式。主程序流程圖如圖2所示,中斷服務程序流程圖如圖3所示。

圖2 主程序流程圖

4 結束語

圖3 中斷服務程序流程圖

本文雖然介紹的是一個汽車行駛記錄儀系統(tǒng),但其發(fā)展空間遠不限于此,應當邁向汽車電子產(chǎn)業(yè)的廣闊領域?；谖覀兯鶚嫿ǖ挠布脚_,加入GPRS,GPS模塊和LCD顯示器,可實現(xiàn)汽車的電子地圖導航和遠程跟蹤定位;利用車內(nèi)的各個傳感器和電子開關,還可實現(xiàn)汽車被強行開動后自動熄火的防盜功能。在發(fā)達國家,此類系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地在中高檔車輛上得到了使用。隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展,相信本系統(tǒng)一定會在汽車產(chǎn)業(yè)領域得到越來越多的使用和認同。

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